JPS5931072A - 高移動度電界効果トランジスタ - Google Patents
高移動度電界効果トランジスタInfo
- Publication number
- JPS5931072A JPS5931072A JP57141047A JP14104782A JPS5931072A JP S5931072 A JPS5931072 A JP S5931072A JP 57141047 A JP57141047 A JP 57141047A JP 14104782 A JP14104782 A JP 14104782A JP S5931072 A JPS5931072 A JP S5931072A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- doped
- semiconductor
- semiconductor layer
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 33
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract description 6
- 229910017401 Au—Ge Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 16
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- VWEWCZSUWOEEFM-WDSKDSINSA-N Ala-Gly-Ala-Gly Chemical compound C[C@H](N)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)NCC(O)=O VWEWCZSUWOEEFM-WDSKDSINSA-N 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000269821 Scombridae Species 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 235000020640 mackerel Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7781—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with inverted single heterostructure, i.e. with active layer formed on top of wide bandgap layer, e.g. IHEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超高速、高利得かつ低消費電力であ −
る特徴を有する半導体論理素子の分野に属し、高移動度
の極めて薄い二次元キャリアガス層の電流をゲート電極
に加える電位で制御する電界効果トランジスタに関する
ものである。
る特徴を有する半導体論理素子の分野に属し、高移動度
の極めて薄い二次元キャリアガス層の電流をゲート電極
に加える電位で制御する電界効果トランジスタに関する
ものである。
従来のこの種の高移動度電界効果トランジスタ(f(M
Ii’ET )の代表的な構造の例を第1図に示す。
Ii’ET )の代表的な構造の例を第1図に示す。
例えば、1は半絶縁性GaAs基板、2は高不純物濃度
でGaAs J:り禁制帯エネルギ幅の大きいAt6,
3Ga 6.7As層、31cJ、ショットキバリアゲ
ート電極でAt等からなり、4151’lソースとドレ
イン電極であり、A11−Ge等からなる。6は半導体
2の不純物エネルギレベルが半導体1の伝導帯レベルよ
り高い位置にあるため、半導体1と2の界面近くの半導
体2側の不純物からの電子は半導体1側に移動して、■
側に極めて薄い二次元電子ガス層を形成している状態を
示している。ゲート・ソース間に加えられた電圧により
、ゲート電極3から延びている空乏層7の深さを制御し
て二次元電子ガスの濃度を制御し、ドレイン電極5とソ
ース電極4の間に流れる電流を制御する。この二次元電
子ガスは、二次元の状態でしかも不純物濃度の低いGa
As層内を 5− 走行するので高移動度が期待され、現在までに常温で5
000〜7000cWL/V−8 、77 Kで100
,000〜120゜000c4/’V’S のきわめて
高い移動度の実測例が報告されている。従って、このよ
うな高移動度FETは現在開発が進んでいるGaAs−
FETより超高速動作ができ、将来重要な素子となる可
能性を持っている。但し、この従来の構造では、二次元
電子ガス濃度を増加するため半導体2の不純物濃度を高
くする必要がある。その場合、半導体2上のショットキ
バリア電極の耐圧が低くなり、空乏層7の深さを十分制
御できないこと、その制御のためには半導体2の厚さ制
御が極めて難しくなることなど多くの欠点を有していた
。
でGaAs J:り禁制帯エネルギ幅の大きいAt6,
3Ga 6.7As層、31cJ、ショットキバリアゲ
ート電極でAt等からなり、4151’lソースとドレ
イン電極であり、A11−Ge等からなる。6は半導体
2の不純物エネルギレベルが半導体1の伝導帯レベルよ
り高い位置にあるため、半導体1と2の界面近くの半導
体2側の不純物からの電子は半導体1側に移動して、■
側に極めて薄い二次元電子ガス層を形成している状態を
示している。ゲート・ソース間に加えられた電圧により
、ゲート電極3から延びている空乏層7の深さを制御し
て二次元電子ガスの濃度を制御し、ドレイン電極5とソ
ース電極4の間に流れる電流を制御する。この二次元電
子ガスは、二次元の状態でしかも不純物濃度の低いGa
As層内を 5− 走行するので高移動度が期待され、現在までに常温で5
000〜7000cWL/V−8 、77 Kで100
,000〜120゜000c4/’V’S のきわめて
高い移動度の実測例が報告されている。従って、このよ
うな高移動度FETは現在開発が進んでいるGaAs−
FETより超高速動作ができ、将来重要な素子となる可
能性を持っている。但し、この従来の構造では、二次元
電子ガス濃度を増加するため半導体2の不純物濃度を高
くする必要がある。その場合、半導体2上のショットキ
バリア電極の耐圧が低くなり、空乏層7の深さを十分制
御できないこと、その制御のためには半導体2の厚さ制
御が極めて難しくなることなど多くの欠点を有していた
。
本発明は、これらの欠点を解決するため、ショットキバ
リアゲート電極を付ける上側の半導体を不純物を添加し
ない半導体層とし、その下の半導体層をこの上側の半導
体より禁制帯エネルギ幅の大きい、高い不純物濃′度の
二次元キャリアガス供給の層とし、1fc、ソース電極
は、上側半導体層との間に加える電圧で二次元キャリア
ガスを注入 6− するパイボーラトランジヌタのエミ、りの働きをするこ
となどのため、従来のものより二次元キャリアの密度を
大きくできること5.二次元キャリアガスとして電子の
みでなく正孔も利用できること、相補形の素子(機能的
にCMO8相当)ができることなど数多くの特長を治し
、超高速低消費電力の半導体論理素子が実現できる高移
動度電界効果トランジスタを提供するものである。
リアゲート電極を付ける上側の半導体を不純物を添加し
ない半導体層とし、その下の半導体層をこの上側の半導
体より禁制帯エネルギ幅の大きい、高い不純物濃′度の
二次元キャリアガス供給の層とし、1fc、ソース電極
は、上側半導体層との間に加える電圧で二次元キャリア
ガスを注入 6− するパイボーラトランジヌタのエミ、りの働きをするこ
となどのため、従来のものより二次元キャリアの密度を
大きくできること5.二次元キャリアガスとして電子の
みでなく正孔も利用できること、相補形の素子(機能的
にCMO8相当)ができることなど数多くの特長を治し
、超高速低消費電力の半導体論理素子が実現できる高移
動度電界効果トランジスタを提供するものである。
以下本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の一実施例であって、11は半絶縁性G
aAs基板、】2は月よりも禁制帯エネルギ幅の大きい
不純物を添加しないAto、3Gao、7λ8層であり
、その厚さは約100OAである。13け多くの81等
のn型の不純物を添加したAt6.3Ga(17Asで
あり、その濃度は5×1017〜2×1018CnV3
1その厚さは200〜300λである。14は不純物を
添加しないGaAs又1d’、 I X 1015−I
X 10”m 3のBe等のp型の不純物を添加した
QaAB層で、その厚さは500〜100OAである。
aAs基板、】2は月よりも禁制帯エネルギ幅の大きい
不純物を添加しないAto、3Gao、7λ8層であり
、その厚さは約100OAである。13け多くの81等
のn型の不純物を添加したAt6.3Ga(17Asで
あり、その濃度は5×1017〜2×1018CnV3
1その厚さは200〜300λである。14は不純物を
添加しないGaAs又1d’、 I X 1015−I
X 10”m 3のBe等のp型の不純物を添加した
QaAB層で、その厚さは500〜100OAである。
17は/ヨットキバリア電極又は多くのp型の不純物を
添加したGaAs層、15と16はSi等のn型の不純
物を多く添加したGaAs層であり、その濃度は約1〜
5 X 1018cm−” +厚さは約500^である
。
添加したGaAs層、15と16はSi等のn型の不純
物を多く添加したGaAs層であり、その濃度は約1〜
5 X 1018cm−” +厚さは約500^である
。
18 、19はオーミック電極であり、Au−Ge等で
構成されている。この素子の動作を理解するために、C
C′断面の伝導帯のエネルギバンド図ヲ第2図1a、)
開示した。Ep + ET)十+ EH−+ΔEはそれ
ぞれフェルミエネルギ、 n”GaAs層15の伝導帯
エネルギ、p−GaAs層14の伝導帯エネルギ、層1
4と13の伝導帯エネルギ差である。AtGaAs層1
3のn型の不純物エネルギレベルがGaAs層14のE
n″′よりも高く、電子はAAGa A s層】3とG
aAs層】4の界面のGaAs層14の側の極めて薄い
約50〜1ooiの領域に二次元ガス帯を形成する。2
0はこの二次元ガスを示す。
構成されている。この素子の動作を理解するために、C
C′断面の伝導帯のエネルギバンド図ヲ第2図1a、)
開示した。Ep + ET)十+ EH−+ΔEはそれ
ぞれフェルミエネルギ、 n”GaAs層15の伝導帯
エネルギ、p−GaAs層14の伝導帯エネルギ、層1
4と13の伝導帯エネルギ差である。AtGaAs層1
3のn型の不純物エネルギレベルがGaAs層14のE
n″′よりも高く、電子はAAGa A s層】3とG
aAs層】4の界面のGaAs層14の側の極めて薄い
約50〜1ooiの領域に二次元ガス帯を形成する。2
0はこの二次元ガスを示す。
本素子の基本動作を以下に説明する。電極18゜17
、19にバイアス電圧を印加しない状態では、電極17
とGaAs層14の接触の封入電圧のため電極17の電
極下の二次元ガス層20はGaAs層14 、 A、!
GaAs層13へ延びた空乏層のため欠乏している。次
に、電極19と18間に電極19が正となるバイアス電
圧を印加し、電極17と18間に電極17が正となる極
性の信号電圧を印加すると電極17の下の空乏層が薄く
なり、電極17の下にも二次元ガス帯20が生じ電流路
が形成される。これと同時にGa As層15と14の
間の接合に順バイアスが加わり、電極18 、 GaA
s層15からGaAs層14の側への電子の注入が起り
、この電子は二次元電子ガス20の濃度を高める。二次
元電子ガス20の濃度は高い程この移動度が高くなる性
質を持っており、この構造の素子は、ソース側電極18
、15が二次元ガス20の注入電極として作用し、二
次元電子ガスの量を制御できることから、従来空乏層の
延びだけで二次元電子ガス邪の量を制御していた場合と
比較して、相互コンダクタンスが2倍以上得られ、かつ
2倍以上の高速が得られる。例えば、77Kにおいて1
00,000 crl/’fSの二次元電子ガス移動度
の場合、この素子構造において二次元電子ガス20をエ
ミッタ電極から注入して増加した場合、約200,00
0 al/ V−8まで二次元電子ガス移動度が増加す
る。このように本発明の素子は、従来Ato、aGag
、7 As内の不純物レベルからのみ二次元電子ガスを
供給していたもめに対して、 9− 二次元電子ガスをエミッタ電極から注入制御することを
最大の特徴とすることから、電子注入形高移動度FET
と称することにする。
、19にバイアス電圧を印加しない状態では、電極17
とGaAs層14の接触の封入電圧のため電極17の電
極下の二次元ガス層20はGaAs層14 、 A、!
GaAs層13へ延びた空乏層のため欠乏している。次
に、電極19と18間に電極19が正となるバイアス電
圧を印加し、電極17と18間に電極17が正となる極
性の信号電圧を印加すると電極17の下の空乏層が薄く
なり、電極17の下にも二次元ガス帯20が生じ電流路
が形成される。これと同時にGa As層15と14の
間の接合に順バイアスが加わり、電極18 、 GaA
s層15からGaAs層14の側への電子の注入が起り
、この電子は二次元電子ガス20の濃度を高める。二次
元電子ガス20の濃度は高い程この移動度が高くなる性
質を持っており、この構造の素子は、ソース側電極18
、15が二次元ガス20の注入電極として作用し、二
次元電子ガスの量を制御できることから、従来空乏層の
延びだけで二次元電子ガス邪の量を制御していた場合と
比較して、相互コンダクタンスが2倍以上得られ、かつ
2倍以上の高速が得られる。例えば、77Kにおいて1
00,000 crl/’fSの二次元電子ガス移動度
の場合、この素子構造において二次元電子ガス20をエ
ミッタ電極から注入して増加した場合、約200,00
0 al/ V−8まで二次元電子ガス移動度が増加す
る。このように本発明の素子は、従来Ato、aGag
、7 As内の不純物レベルからのみ二次元電子ガスを
供給していたもめに対して、 9− 二次元電子ガスをエミッタ電極から注入制御することを
最大の特徴とすることから、電子注入形高移動度FET
と称することにする。
第3図は本発明の他の実施例であり、第2図の実施例で
二次元電子ガスを利用するものに対して、二次元正孔ガ
スをキャリアとして利用する場合である。第3図におい
て、11.12は第2図と同じ材料を用いる。23はB
e等のp型の不純物を多く添加したAAo、aGao、
7 As層であり、その濃度は5 X 101″〜2×
10crn、ソノ厚サバ200〜3ooXテアル。
二次元電子ガスを利用するものに対して、二次元正孔ガ
スをキャリアとして利用する場合である。第3図におい
て、11.12は第2図と同じ材料を用いる。23はB
e等のp型の不純物を多く添加したAAo、aGao、
7 As層であり、その濃度は5 X 101″〜2×
10crn、ソノ厚サバ200〜3ooXテアル。
24は不純物を添加しないGaAs層又はI X 10
”〜I X 1016m−3のSt等のn型の不純物を
添加したGaAs層で、その厚さは500−100OA
−cある。27はショットキバリア電極又は多くのn型
の不純物を添加したGaAs層である。25と26はB
e等のp型の不純物を多く添加したGaAs層であり、
その濃度は1〜6 X 1018z−:′、厚さは50
0^である。28 、29はオーミック電極である。
”〜I X 1016m−3のSt等のn型の不純物を
添加したGaAs層で、その厚さは500−100OA
−cある。27はショットキバリア電極又は多くのn型
の不純物を添加したGaAs層である。25と26はB
e等のp型の不純物を多く添加したGaAs層であり、
その濃度は1〜6 X 1018z−:′、厚さは50
0^である。28 、29はオーミック電極である。
この素子の動作を理解するために、CC′C面断の伝導
帯2価電子帯のエネルギバンド図を第3図10− (a、l If(示し/ζ。EF+ I!Ep++ T
bo+Δ恥は、それぞr[フェルミニ不ルキ、p十半力
体層25の価電子帯エネルギ、n−半導体層24の価電
子帯エネルギ、半?、Q体層23と24の価電子帯のエ
ネルギ差である。半zJJ体層23のp型の不純物のエ
ネルギレベルが半導体層24の価篭”Fイtiのエネル
ギレベルより電子に附してd低く、正札に対してd高く
なる半導体に23 、24は選ば力、でおり、熱平衡状
態では半導体23の中の正孔は半導体24側の23と2
4の接する界面如二次元正孔ガスとして極めて薄い層を
形成する。30はこの正孔の二次元ガス層を示す。この
二次元正孔ガス30の移動度は300にでi: 2(1
0〜500 al/V−8。
帯2価電子帯のエネルギバンド図を第3図10− (a、l If(示し/ζ。EF+ I!Ep++ T
bo+Δ恥は、それぞr[フェルミニ不ルキ、p十半力
体層25の価電子帯エネルギ、n−半導体層24の価電
子帯エネルギ、半?、Q体層23と24の価電子帯のエ
ネルギ差である。半zJJ体層23のp型の不純物のエ
ネルギレベルが半導体層24の価篭”Fイtiのエネル
ギレベルより電子に附してd低く、正札に対してd高く
なる半導体に23 、24は選ば力、でおり、熱平衡状
態では半導体23の中の正孔は半導体24側の23と2
4の接する界面如二次元正孔ガスとして極めて薄い層を
形成する。30はこの正孔の二次元ガス層を示す。この
二次元正孔ガス30の移動度は300にでi: 2(1
0〜500 al/V−8。
77にで1.500〜2500i/V’ Sと電子ガス
と比較して低い値であるが、2 X 104 V/cm
以上の電界での飽和速度は5Xl(1’〜I X ]
(1’ 6Tr/ Sとなり、電子ガスの飽和速度と比
較的近い値になり、この正孔を利用して高速電界効果ト
ランジスタを実現できる。
と比較して低い値であるが、2 X 104 V/cm
以上の電界での飽和速度は5Xl(1’〜I X ]
(1’ 6Tr/ Sとなり、電子ガスの飽和速度と比
較的近い値になり、この正孔を利用して高速電界効果ト
ランジスタを実現できる。
本素子の基本動作を以十に説明する。電極28゜27
、29にバイアス電圧を印加しない状態では、′電極2
7と半導体層24の接触の封入電圧のため電極27下の
正孔の二次元ガス30は、電極27から半導体層23
、24の方へ延びた空乏層の六め欠乏している。
、29にバイアス電圧を印加しない状態では、′電極2
7と半導体層24の接触の封入電圧のため電極27下の
正孔の二次元ガス30は、電極27から半導体層23
、24の方へ延びた空乏層の六め欠乏している。
次にオーミック電極28と29間に29が負となる極性
のバイアス電圧を印加し、電極28と2’7間に27が
負となる極性の信号電圧を印加すると、電極27下の止
孔に対する空乏層が薄くなり、電極27の下にも二次元
正孔ガス層30が生じ電流路が形成される。
のバイアス電圧を印加し、電極28と2’7間に27が
負となる極性の信号電圧を印加すると、電極27下の止
孔に対する空乏層が薄くなり、電極27の下にも二次元
正孔ガス層30が生じ電流路が形成される。
これと同時に、電極25と半導体層24の間の接合に順
方向電圧が加わり、電極28と半導体層25の方から半
導体層24の側への正孔の注入が起り、この+E孔は二
次元正孔ガス30の濃度を高める。二次元正孔ガス30
の濃度は高い程、この移動度が高くなる性質を電子ガス
の場合と同様有している。この構造の素子は半導体層2
5の側の電極が二次元正孔ガス注入電極として作用し、
二次元正孔ガス30の量を制御できることから、二次元
正孔ガス30を半導体層23の不純物レベルからの供給
のみの場合と比較して、高い相互コンダクタンスかつ高
速が得うれる。このように第3図に示す本発明の素子は
、AtGaAsの不純物レベルからのみでなく、エミッ
タ電極からも正孔注入を行って高利得、高速を実現する
ことから、止孔注入形高移動度FETと称することにす
る。
方向電圧が加わり、電極28と半導体層25の方から半
導体層24の側への正孔の注入が起り、この+E孔は二
次元正孔ガス30の濃度を高める。二次元正孔ガス30
の濃度は高い程、この移動度が高くなる性質を電子ガス
の場合と同様有している。この構造の素子は半導体層2
5の側の電極が二次元正孔ガス注入電極として作用し、
二次元正孔ガス30の量を制御できることから、二次元
正孔ガス30を半導体層23の不純物レベルからの供給
のみの場合と比較して、高い相互コンダクタンスかつ高
速が得うれる。このように第3図に示す本発明の素子は
、AtGaAsの不純物レベルからのみでなく、エミッ
タ電極からも正孔注入を行って高利得、高速を実現する
ことから、止孔注入形高移動度FETと称することにす
る。
第2図、第3図のFETにおいて、ゲート制御電極17
.27の電極長を1μm、]7と18 、19の電極間
隔と、27と28 、29の電極間隔をそれぞれ1μm
とした場合、第2図の電子注入形の場合で遮断周波数f
1・V1約20GIIz、第3図の正孔注入形の場合で
約1 (l GHzである。
.27の電極長を1μm、]7と18 、19の電極間
隔と、27と28 、29の電極間隔をそれぞれ1μm
とした場合、第2図の電子注入形の場合で遮断周波数f
1・V1約20GIIz、第3図の正孔注入形の場合で
約1 (l GHzである。
第4図は本発明の他の実施例である。第4図で右半分が
第2図の電子注入形高移動度FET(E−f(MTi”
lGT ) 、 左半分がW孔性人形高移動度pg’
r(H−f(MFET )であり、各部分を構成してい
る半導体は第2図、第3図と同じである。電極19にV
DD y電極29にVSSのバイアス電圧を印加し、v
DDの方が正極性となるようにする。電極27と17を
接続し、これを入力端子INとする。また、電極18と
28を接続しこれを出力端子0[JTとする。今vDD
−Vss−”VA>0 とする。入力端子INへの入力
”inがないとき、二次元キャリアガス20 、30は
欠乏し13− ており、電流は流れない。正の入力■1nが入ったとき
、前述のように電極17の下の空乏層の延びが小さくな
り、また半導体層15から半導体層14を通して電子が
注入され、二次元電子ガス層20が生じE−HMFET
はONの状態となり、一方H−HMFETはOFFの状
態のま捷であり、出力端子OUTからの出力V。1□t
は約VAとなる。逆に負の入力Vinが入ったとき、電
極27の下の空乏層の延びが小さくなりまた半導体層2
5から半導体層24を通して正孔が注入され二次元正孔
ガス層30を生じH−HMFETがONの状態となり、
一方E−HMFETはOFF’の状態となり、出力端子
OUTからは■。ut〜−VAの出力が得られる。一方
がONのとき他方がOFFとなる動作が実現できN V
DDとVSS間に流れる電流が非常に小さく極めて低消
費電力の論理素子が実現できる。
第2図の電子注入形高移動度FET(E−f(MTi”
lGT ) 、 左半分がW孔性人形高移動度pg’
r(H−f(MFET )であり、各部分を構成してい
る半導体は第2図、第3図と同じである。電極19にV
DD y電極29にVSSのバイアス電圧を印加し、v
DDの方が正極性となるようにする。電極27と17を
接続し、これを入力端子INとする。また、電極18と
28を接続しこれを出力端子0[JTとする。今vDD
−Vss−”VA>0 とする。入力端子INへの入力
”inがないとき、二次元キャリアガス20 、30は
欠乏し13− ており、電流は流れない。正の入力■1nが入ったとき
、前述のように電極17の下の空乏層の延びが小さくな
り、また半導体層15から半導体層14を通して電子が
注入され、二次元電子ガス層20が生じE−HMFET
はONの状態となり、一方H−HMFETはOFFの状
態のま捷であり、出力端子OUTからの出力V。1□t
は約VAとなる。逆に負の入力Vinが入ったとき、電
極27の下の空乏層の延びが小さくなりまた半導体層2
5から半導体層24を通して正孔が注入され二次元正孔
ガス層30を生じH−HMFETがONの状態となり、
一方E−HMFETはOFF’の状態となり、出力端子
OUTからは■。ut〜−VAの出力が得られる。一方
がONのとき他方がOFFとなる動作が実現できN V
DDとVSS間に流れる電流が非常に小さく極めて低消
費電力の論理素子が実現できる。
以上の説明は本発明の代表例にすぎず、例えば、第2図
と第3図において、二次元キャリアガス20゜30の移
動度を筒くするため、半導体層13と14の接する13
の側、半導体層23と24の接する23の側の半14− 導体の50〜】00Xの厚さの部分を不純物濃度を添加
しない層とする場合、ま/こ半導体層13.23のA、
to、3 Gao、7 A s以外に、AtXG al
−X A sで02 < X < 0.5の場合」一連
と類似の効果が得られる。
と第3図において、二次元キャリアガス20゜30の移
動度を筒くするため、半導体層13と14の接する13
の側、半導体層23と24の接する23の側の半14− 導体の50〜】00Xの厚さの部分を不純物濃度を添加
しない層とする場合、ま/こ半導体層13.23のA、
to、3 Gao、7 A s以外に、AtXG al
−X A sで02 < X < 0.5の場合」一連
と類似の効果が得られる。
また11 、12 、13 、14の半導体d、本発明
の要旨を満足する範囲内で多種類の絹合せが可能である
。
の要旨を満足する範囲内で多種類の絹合せが可能である
。
例えば、11 、12 、13 、14のl1ll’l
VCInP 、不純物を添加しないAlx In4−
xAs (x −0,48) 、多くの不純物を添加し
たAtX Ink−XAs (x〜0.48 ) 、不
純物を添加しないInPなと」二連と同様な効果が期待
できる。
VCInP 、不純物を添加しないAlx In4−
xAs (x −0,48) 、多くの不純物を添加し
たAtX Ink−XAs (x〜0.48 ) 、不
純物を添加しないInPなと」二連と同様な効果が期待
できる。
以」二のように、本発明によれば電子注入形高移動度F
ET(E−HMFET)と止孔注入形高移動度FETが
同−半祷体基板」二に構成でき、E−HMFETは正の
ゲート人力でONの状態、H−IMF”ETは負のゲー
ト入力でONの状態となることから、両者を縦続接続し
た構成において相補形の高移動度FETが実現でき、動
作状態においてもどちらが一方はOFFの状態であり、
流瓦る電流を常時極めて小さくでき、著しく低消費′重
力の集積回路が実現できる。
ET(E−HMFET)と止孔注入形高移動度FETが
同−半祷体基板」二に構成でき、E−HMFETは正の
ゲート人力でONの状態、H−IMF”ETは負のゲー
ト入力でONの状態となることから、両者を縦続接続し
た構成において相補形の高移動度FETが実現でき、動
作状態においてもどちらが一方はOFFの状態であり、
流瓦る電流を常時極めて小さくでき、著しく低消費′重
力の集積回路が実現できる。
第1図は従来の高移動度電界効果トラノジスタ(HMF
ET)を示す縦断面図、第2図fa、l (bl ii
本発明の実施例としての電′:f注入形HM F E
Tの構造を示す縦断面図とCC′断面の伝導帯のエネル
ギバンド図、第3図1aliblは本発明の実施例とし
ての正孔注入形IMF’ETの構造を示す縦断面図とC
C′断面のエネルギバンド図、第4図 は本発明の実
施例としての電子注入形HMFETと正孔注入形HMF
ETを組合せて構成した相補形I(MFETを示す縦断
面図である。 ■・・・半絶縁性GaAs基板、 2・高不純物濃度の
”r、、3GaO,7As 1 3−ンヨットギバリ
アゲ−1・電極、4,5・・A u /Q eからなる
ノース、l゛レイ/電極6・・二次元電子ガス層、
7・・仝2層、11・・半絶縁性GaAs基板、12・
・・不純物を添加しないAto、3Gao、XAs層(
第1の半導体層)、13・・81等n型の高い不純物濃
度を有するAto、3Ga(1,7As層(第2の半導
体層〕、 14・・不純物を添加しないGaAs層(
第3の半導体層)、15 、1.6・・・81等のn型
不純物を多く添加したGaAs層(第5.第6の半導体
層)、 1.8 、19−=Au/Ge等のオーミッ
ク電極、17・・・At等のンヨ、トキバリア電極又は
p i%’jの半導体(第4の半導体領域)、20・・
二次元電子ガス、23・・Be等のp型の高い不純物濃
度を有するAAg、 3Gao、7 As層(第7の半
導体層)、24・・・不純物を添加しないQaAs又は
n型GaAs層(第8の半導体層)、 25 、26・
・・Be等のp型不純物を多く添加したGaAs層(第
10.第11の半導体領域)、 28.29・・・オ
ーミック電極、27・・/ヨットキバリア電極又はn型
の半導体層(第9の半導体領域)、30・・・二次元正
孔ガス。 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 白 水 常 雄外1名 17− 371
ET)を示す縦断面図、第2図fa、l (bl ii
本発明の実施例としての電′:f注入形HM F E
Tの構造を示す縦断面図とCC′断面の伝導帯のエネル
ギバンド図、第3図1aliblは本発明の実施例とし
ての正孔注入形IMF’ETの構造を示す縦断面図とC
C′断面のエネルギバンド図、第4図 は本発明の実
施例としての電子注入形HMFETと正孔注入形HMF
ETを組合せて構成した相補形I(MFETを示す縦断
面図である。 ■・・・半絶縁性GaAs基板、 2・高不純物濃度の
”r、、3GaO,7As 1 3−ンヨットギバリ
アゲ−1・電極、4,5・・A u /Q eからなる
ノース、l゛レイ/電極6・・二次元電子ガス層、
7・・仝2層、11・・半絶縁性GaAs基板、12・
・・不純物を添加しないAto、3Gao、XAs層(
第1の半導体層)、13・・81等n型の高い不純物濃
度を有するAto、3Ga(1,7As層(第2の半導
体層〕、 14・・不純物を添加しないGaAs層(
第3の半導体層)、15 、1.6・・・81等のn型
不純物を多く添加したGaAs層(第5.第6の半導体
層)、 1.8 、19−=Au/Ge等のオーミッ
ク電極、17・・・At等のンヨ、トキバリア電極又は
p i%’jの半導体(第4の半導体領域)、20・・
二次元電子ガス、23・・Be等のp型の高い不純物濃
度を有するAAg、 3Gao、7 As層(第7の半
導体層)、24・・・不純物を添加しないQaAs又は
n型GaAs層(第8の半導体層)、 25 、26・
・・Be等のp型不純物を多く添加したGaAs層(第
10.第11の半導体領域)、 28.29・・・オ
ーミック電極、27・・/ヨットキバリア電極又はn型
の半導体層(第9の半導体領域)、30・・・二次元正
孔ガス。 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 白 水 常 雄外1名 17− 371
Claims (3)
- (1)半絶縁性の半導体基板上に、該半導体基板よりも
大きい禁制帯エネルギ幅を持つ不純物を添加しない第1
の半導体層と、n型の不純物を多く添加した前記第1の
半導体と同じ第2の半導体層と、該第2の半導体層より
も禁制帯エネルギ幅の小さい不純物を添加しないか又P
ip型の少量の不純物を添加した第3の半導体層とを順
次重ねた多層の半導体構造を具備し、さらに、最上層の
前記第3の半導体層の上に短い長さのショットキバリア
ゲート電極又はp型の不純物を添加した第4の半導体領
域とその両側に近接して設けられたn型の不純物を多く
添加した第5の領域及び第6の領域を有する構造を具備
し、該第52m6の領域間にバイアス電圧を印加し、1
− 前記第4.第5の領域間に加える信号電圧で前記第5.
第6の領域間に流れる電流を制何1するように構成され
た高移動度電界効果トランジスタ。 - (2)半絶縁性の半導体基板」二に、該半導体基板より
も大きい禁制帯エネルギ幅を持つ不純物を添加しない第
1の半導体層と、p型の不純物を多く添加した前記第1
の半導体と同じ第7の半導体層と、該第7の半導体層よ
りも禁制帯エネルギ幅の小さい不純物を添加しないか又
はn型の少量の不純物を添加した第8の半導体層とを順
次重ねた多層の半導体構造を具偏し、さらに、最上層の
前記第8の半導体層の上に短い長さのショットキバリア
ゲート電極又はn型の不純物を添加した第9の半導体細
板とその両側に近接して設けられたp型の不純物を多く
添加した第10の領域及び第11の領域を有する構造を
具備し、該第10.第11の領域間にバイアス電圧を印
加し、前記第9.第10の値域間に加える信号電圧で前
記第10.第11の領域間に流れる電流を制御する 9
− ように構成された高移動度電界効果トランジスタ0 - (3)半絶縁性の半導体基板」二の一つの領域上に、該
半導体基板よりも大きい禁制帯エネルギ幅を持つ不純物
を添加しない第1の半導体層と、n型の不純物を多く添
加した前記第1の半導体と同じ第2の半導体層と、該第
2の半導体層よりも禁制帯エネルギ幅の小さい不純物を
添加しないか又はp型の少量の不純物を添加した第3の
半導体層とを順次重ねた多層の半導体構造を具備し、さ
らに、最」二層の前記第3の半導体層の1−に短い長さ
のショットキパリアゲ−1・電極又はp型の不純物を添
加した第4の半導体領域とその両側に近接して設けられ
たn型の不純物を多く添加した第5の領域及び第6の領
域を有する構造を具備し、前記半絶縁性の半導体基板上
の他の領域上に、該半導体基板よりも大きい禁制帯エネ
ルギ幅を持つ不純物を添加しない第10半祷体層表、p
型の不純物を多く添加した前記第1の半導体と同じ第7
の半導体層と、該第70半導体層よりも禁制帯エネルキ
幅の小さい不純物を添加しないか又はn型の少量の不純
物を添加した第8の半導体層とを順次重ねた多層の半導
体構造を具備し、さらに、最上層の前記第8の半導体層
の」二に短い長さの/ヨットキバリアゲート電極又はn
型の不純物を添加した第90半導体領域とその両側に近
接して設けられたp型の不純物を多く添加した第10の
6j域及び第11の領域を有する構造を具備し、前記第
5の領域と前記第11の領域とを相互接続するとともに
前記第4の領域と前記第9の領域を相互接続し、該第6
.第10の領域間に第6の領域が正側となるバイアス電
圧を印加し、前記第4.第9の領域を信号電圧を印加す
る信号端子とし、前記第5.第11の領域を出力端子と
するように構成された高移動度電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141047A JPS5931072A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141047A JPS5931072A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5931072A true JPS5931072A (ja) | 1984-02-18 |
JPH0371775B2 JPH0371775B2 (ja) | 1991-11-14 |
Family
ID=15283010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57141047A Granted JPS5931072A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5931072A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61280674A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPS62199049A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-02 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
US4908325A (en) * | 1985-09-15 | 1990-03-13 | Trw Inc. | Method of making heterojunction transistors with wide band-gap stop etch layer |
US4987462A (en) * | 1987-01-06 | 1991-01-22 | Texas Instruments Incorporated | Power MISFET |
US5091759A (en) * | 1989-10-30 | 1992-02-25 | Texas Instruments Incorporated | Heterostructure field effect transistor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55132074A (en) * | 1979-04-02 | 1980-10-14 | Max Planck Gesellschaft | Hetero semiconductor and method of using same |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP57141047A patent/JPS5931072A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55132074A (en) * | 1979-04-02 | 1980-10-14 | Max Planck Gesellschaft | Hetero semiconductor and method of using same |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61280674A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Nec Corp | 半導体装置 |
US4908325A (en) * | 1985-09-15 | 1990-03-13 | Trw Inc. | Method of making heterojunction transistors with wide band-gap stop etch layer |
JPS62199049A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-02 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
US4987462A (en) * | 1987-01-06 | 1991-01-22 | Texas Instruments Incorporated | Power MISFET |
US5091759A (en) * | 1989-10-30 | 1992-02-25 | Texas Instruments Incorporated | Heterostructure field effect transistor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0371775B2 (ja) | 1991-11-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH024140B2 (ja) | ||
JPS5922367A (ja) | 半導体装置 | |
US4605945A (en) | Semiconductor device | |
US3263095A (en) | Heterojunction surface channel transistors | |
JPS5891682A (ja) | 半導体装置 | |
JPS62274783A (ja) | 半導体装置 | |
JPH01186683A (ja) | 半導体装置 | |
JPS5931072A (ja) | 高移動度電界効果トランジスタ | |
Sen et al. | The resonant-tunneling field-effect transistor: A new negative transconductance device | |
US3500138A (en) | Bipolar mos field effect transistor | |
JPS60231366A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JPS61144881A (ja) | 半導体装置 | |
JP2655594B2 (ja) | 集積型半導体装置 | |
JPS62209866A (ja) | 半導体装置 | |
JP2553673B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
KR960015325B1 (ko) | 쌍극자 전위 장벽을 갖는 전계효과 트랜지스터 | |
JPS6052062A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2023178027A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JPS6159877A (ja) | 半導体集積回路 | |
JPH0695531B2 (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
JPS62268165A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2827595B2 (ja) | 半導体装置 | |
JPS58147166A (ja) | 半導体装置 | |
JPS62293780A (ja) | 半導体装置 | |
JP3245657B2 (ja) | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |